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Câble électrique.
La présente invention concerne des câbles convenant pour la transmission de courants électriques à haute fréquence.
Cette invention a pour but principal de fournir un câble électrique à haute fréquence qui est simple et relativement peu coûteux et qui a des constantes électriques satisfaisantes sur une large gamme de fréquences.
Suivant la présente invention, un câble électrique comprend une gaine cylindrique creuse contenant intérieurement un conducteur, la plus grande partie des surfaces de la gaine et du conducteur étant maintenue complètement ou sensiblement complète-
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ment espacées par de l'air l'une de l'autre en vertu de la forme ou de la configuration du conducteur. La gaine est habituellement en matière isolante et une gaine extérieure conductrice telle qu'un tressage de métal est habituellement prévue par-dessus la gaine isolante.
Suivant une caractéristique de la présente invention, on procure un câble comprenant un premier conducteur, un conducteur de retour et un diélectrique isolant entre eux, caractérisé en ce que le premier conducteur est façonné ou déformé de telle manière qu'il se maintient écarté du conducteur de retour, desorte que le diélectrique est constitué principalement par dé l'air ou un autre fluide isolant.
Suivant une autre caractéristique de la présente invention, on procure un bâble concentrique comprenant un conducteur central entouré d'un conducteur de retour, une gaine isolante étant prévue entre le conducteur extérieur et le conducteur intérieur et à proximité du conducteur extérieur, le câble étant caractérisé en ce que le conducteur intérieur est façonné ou déformé de façon qu'il touche la gaine isolante seulement à intervalles de sorte que sur la plus grande partiede sa longueur il est sensiblement à espacement d'air.
L'invention va être décrite maintenant à titre d'exemple avec référence au dessin schématique annexé dans lequel la fig.I mntre une coupe longitudinale partielle d'une forme de câble concentrique suivant la présente invention.
Les fig. 2 et 3 montrent des variantes de la fig. I.
La fig. 4 montre une coupe et la fig. 5 montre une vue en long avec brisures d'un autre câble suivant l'invention.
Les fig. 6 et 7 montrent des variantes de la forme que le conducteur central d'un câble suivant la présente invention peut avoir.
La fig. 8 montre une couped'un câble multiple suivantla présente invention.
Suivant la fig. I du dessin, un fil I lui peut être du nu-
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méro 40 S.W.G. et qui est de préférence en une matière élasti- que telle que du bronze au cadmium, e st replié en zig-zag avec une inclinaison d'environ 45 c'est à dire que les angles aux sommets 2 ont environ 90 . Les sommets 2 sont arrondis. Ce fil E est alors tiré dans un tube de caoutchouc 3 ayant un diamètre intérieur d'environ 1/8 de pouce et un diamètre extérieur d'environ 3/8 de pouce. Lee longueurs des parties droites du zig-zag sont telles que les sommets 2 s'appuient contre les parois intérieures du tube de caoutchouc 3.
La surface extérieure du tube de caoutchouc 3 est entourée de ruban 4 qui est recouvert de deux couches 5 et 6 de tressage d'un métal tel que le cuivre, soit avant, soit après que le conducteur central I .est inséré dans le tube 3.
Un câble construit de cette Manière a l'avantage de permettre l'allongement du tube de caoutchouc 3 et du tressage 5,6 sans rupture du conducteur central I. En outre, le conducteur I est maintenu hors du contact avec les parois 'intérieures du tube de caoutchouc 3 et par conséquent complètement à espacement d'air par rapport à celui-ci, sur la plus grande partie de sa longueur, par suite de la configuration en zig-zag. Si la conducteur central est lui-même recouvert de matière isolante,
le plus grande partie des surf ces du conducteur central et de la gaîne sont encore sensiblement complètement à espacement d'air l'un par rapport à l' autre . Dans ce cas la gaine peut être en matière isolante ou en matière conductrice. Si la totalité de l'isolement est placée près du conducteur central, les pertes diélectriques ne sont pas aussi faibles pour un isolement donné que celles obtenues avec la même épaisseur d'isolement à proximité de la ga îne . Si toutegois les voltages sont faibles, de sorte qu'un isolement mince peut être employé, etsi le conducteur isolé repose seulement occasionnellement contre la gaîne, on peut obtenir des conditions de fonctionnement satisfaisantes.
En outre, on obtient un câble de travail par exemple en recouvrant le conducteur intérieur d'un mince isolement d'émail mais
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en plaçant le diélectrique principal, tel que du papier, à proximité du conducteur de retour extérieur. Dans le cas où le tube de caoutchouc est remplacé par un enveloppement de papier, comme cela. sera décrit dans la suite, si l'enveloppement de papier est déplacé de façon à laisser un intervalle, l'éros.il du. conducteur central empêchera un court-circuit pourvu que les voltages de travail soient faibles. Un semblable revêtement mince d'émail n'augmente pas de façon excessive les pertes diélectriques vu que le diélectrique principal est de l'air.
La longueur accrue du conducteur central par suite du repliement de celui-ci, augmente la capacité mais augmenta également l'inductance.
Avec un échantillon construit de la manière décrite ci-dessus, ayant une longueur de 100 pieds, une impédance caractéristique de 185 ohms a été obtenue. Si li on l'emploie corme ligne de transmission fonctionnant à partir d'une impédance de 170 ohms dans un circuit ouvert, tel que le cirduit de grills d'une valve, on peut obtenir une caractéristique sensiblement plate à la fois pour l'amplitude et le retard relatif, pour des fréquences jusqu'à 2 mégacycles par seconde ou plus, avec l. lon- gueur de câble de 100 pieds mentionnée ci-dessus.
Le câble décrit ci-dessus contient un conducteur très mince en vue d'obtenir l'impédance caractéristique la plusélevée possible compatible avec une atténuation raisonnablement basse. TJn semblable câble est utile pour des longueurs de plusieurs centaines de pieds pour des fréquences d'ondulation de télévision,par exemple jusqu'à un ou deux mégacycles par seconde .
On a trouvé que ce type de construction de câble est applicable également à des câbles d'alimentation pour ondes courtes (par exemple 40 mégacycles par seconde ou plus) et à des circuits pour des ondes moyennes ou des fréquences de support qui sont généralement requises ou pour couvrir de longues distances avec le minimum d'atténuation, mais lorsque l'obtention d'une impédance caractéristique élevée n'a pas d'importance particulière.
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Pour de semblables applications, l'atténuation aux hautes fré- quences est importante et il est nécessaire d'employer un plus grand conducteur central (par rapport au diamètre du retour concentrique extérieur),que celui décrit ci-dessus. Dans un câble de ce type, le tube isolant 3 de la fig. I peut avoir les dimensions données ci-dessus et le conducteur intérieur I peut être replié sous la même forme en zig-zag mais au lieu d'être du numéro 40 S.W.G (0,004R pouce de diamètre) il peut avoir 0,06 pouce de diamètre. Un câble présentant ce conducteur intérieur relativement gros peut être employé pour un câble d'alimentation reliant une antenne aérienne à un récepteur ou à un transmetteur.
Si la fréquence de fonctionnement se trouve dans la bande de fréquences normales de radiodiffusion, l'atténuation sera très faible et de grandes longueurs de câble d'alimentation peuvent être employées sans perte sérieuse d'énergie.A des fréquences plus élevées, l'atténuation sera un peu plus grande ; le câble peut être employé avec un rendement raisonnable à des fréquences de 40 mégacycles par seconde et plus.' L'emploi d'un conducteur intérieur de diamètre relativement grand, par rapport au diamètre du retour en gaîne, est nécessaire en vue de maintenir l'atténuation du câble d'alimentation à une faible valeur aux fréquences élevées.
Un câble de ce type a une impédance caractéristique faible, comparé à un câble employant un conducteur intérieur très mince; pour des lignes de transmission à fréquence de support ceci n'est pas en général un inconvénient.
Si le câble est exposé à être soumis à un repliement continu à angle aigu, il est préférable de faire en sorte que le zig-zag ait une inclinaison d'environ 45 , c'est à dire que chaque partie sensiblement rectiligne du fil est inclinée sous un angle d'environ 45 sur l'axe du tube isolant. Si le câble n'est pas exposé à être soumis à une flexion continue à angle aigu,le pas du zig-zag peut être augmenté de façon que le fil fasse un 011--le maximum d'environ 5 à 15 avec l'axe du tube. En outre,si
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on fait en sorte que le conducteur intérieur soit légèrement tendu lors de l'introduction dans 1'isolement on peut faire que la formation en zig-zag provoque seulement une légère augmenta- tion de résistance au-dessus de celle obtenue d'un conducteur rectiligne.
Des formes sinueuses du conducteur intérieur ou du fil in- térieur autres que la forme en zig-zag décrite ci-dessus peuvent être employées. Par exemple, tandis qu'une forme sensiblement sinusoïdale est désirable pour un conducteur mince sujet à des flexions considérables, avec un conducteur plus gros, une forme plus pointue ou en dent de scie peut être employée pour donner la distance maxima de contact entre le conducteur et la paroi isolante. Suivant une variante, la forme des sinuosités peut être à pointes et semblable d'asrect à la forme d'onde obtenue d'une onde sinusoïdale avec une forte troisième composante har- monique, provoquant une onde à pointes.
Dans une variante qui sera décrite avec référence 8 la fig. 2 l'allure générale du fil central I est rectiligne et il est placé le long de l'axe du tube 3. De petits coudes 7 sont formés dans le fil I, sont disposés à intervalles dans sa lon- gueur et s'étendent de la position centrale de la partie princi- pale du fil vers l'extérieur jusqu'à la paroi intérieure du tube 3. Le fil est ainsi maintenu écarté de la paroi. Les coudes peu- r vent être de forme sensiblement semi-ciculaire comme on l'a re- présenté, tous les coudes étant dans un plan et les coudes al- ternée étant situés sur les côtés opposés de l'axe du tube 3.
Dans la variante de la disposition de la fig. 2 qui est re- présentée à la fig. 3, chaque coude 7 a approximativement la forme d'un cycle complet d'une onde sinusoïdale, les déplace- ments maxima en directions opposées à partir de l'axe étant tels que les coudes prennent appui sur des surfaces intérieures op- posées du tube et supportent le fil dans sa position axiale.Des coudes doubles autres que des coudes sinusoïdaux peuvent être employés.
Par exemple ils peuvent être plus arrondis que dans le
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cas de deux coudes semi-circulaires, l'un étant déplacé le long de l'axe par rapport à l'autre d'une distance égale à son siamètre ; d'autre part ils peuvent avoir un sommet carré ou pointu,
On a trouvé que dans les câbles du type décrit ci-dessus, si le câble est fait sous une forme flexible et est soumis à une flexion, les pertes de haute fréquence sont accrues par suite de ce que le conducteur intérieur s'applique contre un coté du câble. On a trouve que cet effet peut être évité par la disposition de sinuosités suivant deux axes perpendiculaires à la longueur du câble.
Par exemple dans le type de sinuosités décrit ci-dessus dans lequel toutes les sinuosités sont dans un seul plan, la sinuosité limite le mouvement du fil dans ce plan mais n'empêche pas le mouvement du fil normalement à ce plan. Par l'introduction de sinuosités supplémentaires s'étendant au-dessus et au-dessous de ce plan, le fil peut être e mis en position centralement et empêché de se mouvoir normalement à ce plan.
Le même effet peut être obtenu par ratation du plan dela sinuosité à chaque sinuosité successive. Par exemple dans le cas dans lequel des coudes ou des sinuosités semi-circulaires uniques sont formés le long du fil, ces sinuosités peuvent, -Au lieu de s'étendre en sens opposés, s'étendre successivement dans las directionsdifférant de 1200 par exemple, de telle façon que trois sinuosités servent à maintenir le fil complètement.
En général on peut faire en sorte que les sinuosités s'étendent de l'axe du câble dans n'importe quelle direction requise, vers la paroi isolante portant le fil.
La matière isolante employée pour empêcher le fil de toucher le retour extérieur concentrique peut être de n'importe quel type approprié mais est de préférence formée d'une matière ayant de faibles pertes diélectriques pour des courants de haute fréquence. L'isolement entre le conducteur central et la gaîne peut être produit par enroulement de bandes de papier
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pour former un tube enfermant le conducteur central, le conducteur extérieur étant sous la forme d'une tresse métallique ou d'une gaine de plomb en-dehors du tube de papier. Le câble peut, si on le désire, être scellé aux deux extrémités pour empêcher l'entrée et le dépôt d'humidité dans les parois intérieures du tube isolant.
Une autre variante consiste en ce que le fil sinueux peut être formé d'un fil toronné de façon à réduire sa résistance de haute fréquence.
La présente invention comprend évidemment de nombreuses variantes des constructions décrites ci-dessus à titre d'exemple. Ainsi, la grosseur et la forme de la section transversale du conducteur central peuvent être choisies suivant les besoins.
Le fil peut être étamé si on le désire, et la gaine peut être formée d'un tube de caoutchouc ayant un revêtement de caoutchouc pur non vulcanisé pour réduire la corrosion du fil. N'importe quelle forme appropriée de retour métallique peut être employée .
Un avantage que présente un câble suivant cette invention sous ses formes préférées par rapport aux câbles connus antérieurement réside dans le fait que la matière diélectrique du câbleest logée à proximité du conducteur extérieur et est par conséquent dans une région dans laquelle la croissance du champ électrique est faible et par conséquent les pertes diélectriques sont faibles .
Comme des courants de haute fréquence seulement s'écoulent dans la surface intérieure du conducteur extérieur, il est a- vantageux, dans le cas où on emploie une gaine de plomb ou une autre gaine peu conductrice, d'insérer une gaine en feuille ou en fil de conductibilité élevée entre la gaine isolante et la gaine conductrice. Cette gaine de conductibilité élevée peut com prendre des rubans de cuivre de l'ordre de 0,001 pouc3 d'épaisseur posés autour de la gaine isolante et s'étendant à peu près parallèlement à la longueur du câble. Ces ruban peuvent être maintenus en position par une ligature métallique ayant une
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courte assise.
Un câble renfermant des rubans de conductibilité élevée ou des bandes est représenté aux fig. 4 et 5. Sur ces figures, le conducteur central I est un fil de cuivre d'environ 0,1 pouce de diamètre. Ce conducteur a des coudes 8 formés à intervalles d'environ 3 1/2 pouces suivant la longueur. Chaque coude comprend deux portions 8' s'étendant en directions opposées à partir de l'axe du fil. Une série exactement semblable de coudes 9 comprenant chacun deux portions 9' est formée entre les premières séries la seconde série étant formée dans un plan perpendiculaire au plan de la première série. Le conducteur central a ainsi des coudes à intervalles de 1 3/4 pouce suivant sa longueur.
Une bande 10 de papier d'environ I 1/4 pouce de large est enroulée en hélice autour du conducteur central pour former un tube d'environ 1/4 de pouce de diamètre intérieur, le pas de l'hélice étant d'environ 3 pouces. Autour de ce tube sont enroulées trois autres bandes II,12,13 de papier, chaque bande ayant environ 11/16 pouce de largeur et étant enroulée avec un pas de 1 1/4 pouce. Le diamètre extérieur du tube de papier ainsi formé est d'environ 5/16 pouce. Sur la surface extérieure de ce tube et parallèlement à l'axe de celui-ci sont placées quatre lames 14 en feuille de cuivre ayant environ chacune 9/32 pouce de largeur.
Ces feuilles constituent un revê- tement de cuivre sur la surface du tube de papier et elles sont maintenues en position par une cinquième bande de cuivre 15 qui est enroulée en hélice autour des quatre bandes longitudinales, le pas dé l'hélice étant d'environ 2 pouces. Cette bande est entourée d'une gaine de plomb 16 d'un diamètre extérieur d'environ SE.1/2 pouce.
Le conducteur central peut également être introduit dans la gaine en une opération continue, la matière de la gaine,telle que du caoutchouc, é.tant expulsée par une ouverture autour du fil en forme de zig-zag ou sinueux. On peut donner au fil la forme de zig-zag ou la forme sinueuse en le faisant passer en-
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tre deux roues, dentées de façon appropriée, en prise l'une avec l'autre. L'étendue de l'ondulation du fil pour lui donner sa forme en zig-zag ou sinueuse n'est pas critique mais doit de préférence être choisie de telle façon que le fil est placé sous une légère tension après qu'il est introduit dans la faine isolante.
Dans les câbles décrits ci-dessus, le conducteur central est sous la forme d'un fil de section transversale circulaire, des coudes appropriés étant formés suivant sa longueur. Dans certains cas d'autres formes de conducteur central peuvent être préférables. Par exemple un fil peut être coydé de la manière représentée à la fig. 3 et ensuite aplati dans le plan des sinuosités par une opération de laminage ou analogue. La bande coudée résultante peut alors recevoir une torsion continue de @ 90 par coude, auquel cas le conducteur est à centrage automatique dans un tube circulaire de diamètre approprié.
Une construction de ce type a les avantages, sur des types employant des conducteurs centraux de section transversale circulaire, que la flexibilité du conducteur central est plus grande (ce qui est d'une importance consi- dérable si le conducteur central à 0,1 pouce de diamètre ou plus), que la perte dans le cuivre par livre de cuivre est réduite et que l'inductance en excès aux basses fréquences, due au courant circulant dans le corps du conducteur est rédaite, et le câble nécessite par conséquent moins de correction à cet effet. Dans une autre disposition, un ruban plat est coudé dans un plan perpendiculaire au plan du ruban. Ce ruban peut être utilisé avec ou sans torsion subséquente. Dans une autre disposition encore, un ruban plat 17, fig. 6, possède des saillies 18 formées sur ses bords.
Les saillies 18 peuvent être produites par une déforation du ruban à chaque saillie. Suivant une variante, de petites pièces de métal 19, fig. 7, peuvent être soudées par point à la bande 17 aux endroits 20. Les dispositions des fig. 6 et 7 sont applicables également à des câbles employant un conducteur central de section transversale circulaire. Ainsi @ les saillies 18 de la fig. 6 peuvent être produites par déformation d'un fil circu-
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laire pour produire des oreilles ou des doigts appropriés.
Le câble décrit peut être employé pour forcer un plus grand câble contenant plusieurs conducteurs à. haute fréquence, chacun dans sa gaîne propre et, si on le désire, d'autres circuits pour la fourniture d'énergie, etc.. La gaine extérieure isolante du câble composite est de préférence couverte d'un écran métallique tel qu'un tressage, et cet écran peut avantageusement être relié aux conducteurs extérieurs des câbles individuels intérieurs. Suivant une variante, les conducteurs extérieurs des câbles individuels intérieurs peuvent être isolés et peuvent être employés comme retours isolés dans des circuits à deux fils dans lesquels les potentiels des deux fils peuvent différer du potentiel de terre. Un câble jumelé suivant la présente invention est représenté à la fig. 8.
Les conducteurs centraux 21,22 sont semblables à celui représenté aux fig. 4 et 5 et sont enfermés dans des tubes de papier 23,24. Sur les surfaces extérieures de ces tubes, on a formé des gaines conductrices 25,26 qui à leur tour sont entourées d'une matière isolante 27,28. Ces deux câbles sont disposés de façon à former un câble jumelé par le fait qu'ils sont enfermés dans une gaine extérieure comprenant une ligature isolante 29 entourée d'une gaîne de plomb 30. Il va de soi qu'un câble multiple contenant plus de deux conducteurs peut être formé de cette manière.
Au cours de cette spécification, l'expression "à espacement d'air" est employée dans un sens large. Elle est destinée à couvrir tous les cas dans lesquels l'espace entourant l'organe à espacement d'air est rempli d'un fluide isolant. Un câble peut par exemple être rempli d'azote sec ou d'un autre fluide approprié.
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